云南省蒙自東山巖溶地區(qū)村寨水塘調(diào)查與環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

廖紅為，李社宏，嚴(yán) 松，粟陽(yáng)揚(yáng)，李雨靜，付 嵩

(桂林理工大學(xué) 地球科學(xué)學(xué)院，廣西 桂林 541006)

0 引 言

環(huán)境問(wèn)題一直是國(guó)際地學(xué)界探討最為活躍的問(wèn)題之一[1-2]。近年來(lái)，水環(huán)境污染問(wèn)題已成為我國(guó)最重要的環(huán)境問(wèn)題，對(duì)自然環(huán)境和人類(lèi)產(chǎn)生了極為不利的影響[3-6]。而農(nóng)村地區(qū)水環(huán)境污染更加嚴(yán)重，并成為危害當(dāng)?shù)鼐用窠】档闹匾蛩?。近年?lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人為活動(dòng)越來(lái)越多地影響到自然環(huán)境。長(zhǎng)期以來(lái)，生活垃圾和污染物排入水塘中，導(dǎo)致水塘內(nèi)水質(zhì)變差。本文對(duì)蒙自山東地區(qū)22個(gè)村寨中典型的水塘進(jìn)行CODMn、TN、氨氮、TP、pH、F-、Cu、SO42-、Mn、Zn、Cd、Pb水質(zhì)指標(biāo)濃度等12個(gè)污染物項(xiàng)目的取樣全分析研究，對(duì)照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)污染物項(xiàng)目[7]，調(diào)查分析蒙自東山地區(qū)水塘的污染現(xiàn)狀，對(duì)其環(huán)境進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)。

1 蒙自東山地區(qū)概況

蒙自東山地區(qū)位于云南省紅河哈尼族彝族自治州開(kāi)遠(yuǎn)市、蒙自市、屏邊縣、文山苗族壯族自治州硯山縣和文山5個(gè)市縣交匯處，處于滇中高原、滇桂中山與丘陵及滇西高山三大單元的臨界地帶。東山地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為19.9 ℃，年平均降水量1 533.3 mm，降雨多集中在5—9月份，主要為大雨和暴雨[8]。研究區(qū)面積約940 km2，其中基巖裸露的巖溶區(qū)(含碎屑巖夾碳酸鹽巖)主要為泥盆系和三疊系碳酸鹽巖，分布面積約614.6 km2，占研究區(qū)的65.22%；被松散堆積物覆蓋的巖溶區(qū)，即覆蓋型巖溶區(qū)，主要為三疊系碳酸鹽巖，位于研究區(qū)的北東和北西兩側(cè)，分布面積約為72.0 km2，占研究區(qū)的7.64%；非巖溶區(qū)主要出露寒武系砂巖夾粉砂巖，位于研究區(qū)的南西側(cè)，分布面積約255.6 km2，占研究區(qū)的27.14%。區(qū)內(nèi)主要出露寒武系、泥盆系和三疊系碳酸鹽巖，巖性古老，富水性良好，地下水也主要分布在上述地層中。但是巖溶區(qū)內(nèi)碳酸鹽巖層理和裂隙構(gòu)造極其發(fā)育，透水性好，造成區(qū)域地表缺水嚴(yán)重，給當(dāng)?shù)卮逭用裆钣盟畮?lái)極大困難。由于蒙自東山地區(qū)交通不便，缺水區(qū)較多，大部分村寨修筑水塘用以生活用水補(bǔ)給，水塘水源主要為降雨補(bǔ)給，通過(guò)蒸發(fā)和滲流排泄[9]。

2 樣品采集與測(cè)試

本次選取了蒙自東山地區(qū)具有區(qū)域代表性的22個(gè)村寨水塘進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析。采集過(guò)程中嚴(yán)格按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的樣品采集的標(biāo)準(zhǔn)方法采集樣品，樣品采集后立即保存至便攜式冰箱內(nèi)冷藏，24小時(shí)內(nèi)運(yùn)至具有分析測(cè)試資質(zhì)(CMA計(jì)量認(rèn)證證書(shū))的國(guó)土資源部巖溶地質(zhì)資源環(huán)境監(jiān)督檢測(cè)中心實(shí)驗(yàn)室冷藏保存。實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格按照GB 3838—2002等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)分析方法及其操作要求分析樣品。整個(gè)樣品采集和分析過(guò)程嚴(yán)格按照樣品采集和樣品分析標(biāo)準(zhǔn)方法中規(guī)定的質(zhì)量保證和質(zhì)量控制要求進(jìn)行，以保證分析結(jié)果的可靠性與可比性。本文對(duì)22監(jiān)測(cè)點(diǎn)采樣，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)采樣1件，每件樣品分為3份，每種污染物的濃度取3份樣品分析結(jié)果的平均值。所用儀器為IRIS IntrepidⅡ XP 全譜直讀等離子體光譜儀、861型離子色譜儀、iCAP Q等離子體質(zhì)譜儀，共采樣22件，具體采樣位置見(jiàn)圖1。

注：“—”表示小于檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)含量，未能檢測(cè)出來(lái)。

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)污染物項(xiàng)目[7]，本文對(duì)蒙自山東地區(qū)22個(gè)村寨中典型水塘的CODMn、TN、氨氮、TP、pH、F、Cu、SO42-、Mn、Zn、Cd、Pb水質(zhì)指標(biāo)濃度等12個(gè)污染物項(xiàng)目進(jìn)行全分析研究，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

3 結(jié)果與討論

根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)22個(gè)村寨水塘的樣品進(jìn)行pH、氨氮、TN、TP、SO42-、F、CODMn、Mn、Cu、Zn、Cd、Pb 等12項(xiàng)的檢測(cè)分析，依據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值(表2)[7]，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并得出結(jié)果(表3)。

3.1 pH

表2地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值表(ρB/(mg/L))

Table2Standardlimitvaluesofsurfacewaterenvironmentalquality(mg/L)

序號(hào)分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)值項(xiàng)目Ⅰ類(lèi)Ⅱ類(lèi)Ⅲ類(lèi)Ⅳ類(lèi)Ⅴ類(lèi)1pH6～92氨氮≤0.150.511.523TN≤0.20.511.524TP≤0.020.10.20.30.45SO42-≤0.050.10.20.516F≤1111.51.57CODMn≤24610158Mn≤0.20.40.60.819Cu≤0.01111110Zn≤0.05112211Cd≤0.0010.0050.0050.0050.0112Pb≤0.010.010.050.050.1

表3 水質(zhì)分析檢測(cè)類(lèi)別表

pH既是水體的酸堿性體現(xiàn)，也是天然水體化學(xué)和生物系統(tǒng)的一個(gè)重要因素，還對(duì)氰化物等污染物的毒性有影響[10]。研究區(qū)pH值范圍在6.97～8.10之間，平均值為7.48，為中性，符合國(guó)家GB 3838—2002 規(guī)定的 6.0～9.0，區(qū)內(nèi)中性占54.5%(6.5～7.5)，其余45.5%為堿性(7.5～8.5)，水質(zhì)整體呈現(xiàn)出中性-堿性特征，水體酸堿度不影響水生生物的生存，能夠滿(mǎn)足生活飲用水和一般工業(yè)用水的要求[7]。

3.2 氨氮

氨氮既是反映水體是否受到含氮有機(jī)污染物污染和保護(hù)水生生態(tài)系統(tǒng)的項(xiàng)目，也是中國(guó)水污染物總量控制項(xiàng)目[10]。研究區(qū)內(nèi)氨氮的濃度范圍在0～16.50 mg/L之間，平均濃度為3.31 mg/L。按照GB 3838—2002等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，區(qū)內(nèi)Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)的有13個(gè)村寨水塘占59.1%，這些水塘受到含氨氮有機(jī)化合物的污染不明顯或者沒(méi)有，能夠滿(mǎn)足生活飲用水。Ⅳ類(lèi)村寨水塘1個(gè)，占4.5%，Ⅴ類(lèi)的有8個(gè)村寨水塘，占36.4%，其中卡它村的水塘氨氮濃度達(dá)到Ⅴ類(lèi)水限值的8.25倍，說(shuō)明水塘受到含氨氮有機(jī)化合物的污染明顯，水體中氨氮的主要來(lái)源是人工活動(dòng)[11]，而在Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)的9個(gè)水塘周?chē)从邪l(fā)現(xiàn)工業(yè)廢水、生活污水和畜牧業(yè)污染排放等其他人工活動(dòng)，因而推測(cè)污染物來(lái)源主要是農(nóng)田排水。

3.3 TN和TP

農(nóng)村大量養(yǎng)殖、城鄉(xiāng)加速發(fā)展以及氮磷化肥的大量使用產(chǎn)生了大量的氮、磷富營(yíng)養(yǎng)化，已成為水污染的核心問(wèn)題[12-14]。TP是植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)元素，常常成為湖泊初級(jí)生產(chǎn)力的限制因子，如果水中的TP超過(guò)臨界濃度后，就會(huì)刺激水生植物的生長(zhǎng)，以至發(fā)生水華，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。由于藻類(lèi)生產(chǎn)量的增長(zhǎng)主要由TN和TP來(lái)決定的，因而氮同樣是衡量富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)很重要的指標(biāo)[15]。

前人研究[16]指出農(nóng)業(yè)源氮(N)對(duì)全球地表水污染的貢獻(xiàn)范圍很廣；中國(guó)第一次全國(guó)污染普查結(jié)果顯示，農(nóng)業(yè)源污染物TN(總氮) 排放量約占排放總量的57.2%[17]。研究區(qū)內(nèi)TN的濃度范圍在0.91～17.42 mg/L之間，平均濃度為6.73 mg/L。檢測(cè)得出，TN濃度最高者達(dá)到Ⅴ類(lèi)水限值的8.71倍，處于植物超富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。TP的濃度范圍在0.01～3.05 mg/L之間，平均濃度為0.27 mg/L，其中它期口村水塘的TP濃度達(dá)到Ⅴ類(lèi)水限值的7.63倍，處于極重富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。在22個(gè)村寨中，TN和TP濃度均超過(guò)Ⅴ類(lèi)水限值的村寨有石盆水村、它期口村和卡它村3個(gè)村寨，占研究區(qū)的13.6%。其他村寨的TN和TP濃度均很低，說(shuō)明研究區(qū)水塘整體受TN和TP的污染影響不嚴(yán)重。

3.4 SO42-

硫酸鹽對(duì)人體的危害在于大量攝入硫酸鹽后出現(xiàn)的最主要生理反應(yīng)是腹瀉、脫水和胃腸道紊亂。在環(huán)境中，危害動(dòng)植物健康，而且可以起到催化作用，加重硫酸霧毒性，降低土壤肥力，對(duì)輸水系統(tǒng)造成腐蝕[18]。研究區(qū)內(nèi)SO42-的濃度范圍介于2.99～90 mg/L之間，平均濃度為16.24 mg/L，在白姑村水塘中SO42-濃度為190 mg/L，達(dá)到Ⅴ類(lèi)水限值的190倍，各個(gè)水塘SO42-濃度均超過(guò)Ⅴ類(lèi)水限值，研究區(qū)受 SO42-污染嚴(yán)重。

3.5 氟

氟對(duì)人體的影響跟攝入量有關(guān)，當(dāng)氟攝入量少時(shí)，兒童就會(huì)出現(xiàn)齲齒病，攝入適量的氟可對(duì)兒童、老年人都有好處；氟過(guò)量時(shí)可影響人的生理健康[19]，所以對(duì)于氟的攝入量應(yīng)該是適量，這樣對(duì)人體才會(huì)有益無(wú)害。研究區(qū)內(nèi)氟化物的濃度范圍介于0.06～0.66 mg/L之間，平均濃度為0.25 mg/L。22個(gè)村寨水塘的氟化物濃度均低于Ⅰ類(lèi)水的濃度限值，說(shuō)明氟化物對(duì)水塘的影響不明顯。

3.6 CODMn

CODMn(化學(xué)需氧量)是以高錳酸鉀作氧化劑，用化學(xué)氧化劑氧化水中有機(jī)污染物時(shí)所消耗的氧化劑量，化學(xué)需氧量越高表明水中有機(jī)污染物越多[20-21]。CODMn是《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中反映地表水中有機(jī)物污染情況的重要指標(biāo)，CODMn最大污染源為畜禽糞便和生活污水[7]。22個(gè)村寨的CODMn的濃度范圍介于0.50～7.63 mg/L之間，平均濃度為2.48 mg/L。對(duì)照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，CODMn指標(biāo)為Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)的共17個(gè)，占研究區(qū)的77.3%，Ⅲ類(lèi)沒(méi)有，的水塘5個(gè)，占22.7%。Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)水塘，研究區(qū)有機(jī)污染物少。

3.7 重金屬

水質(zhì)污染方面所指的重金屬主要是指生物毒性顯著的汞、鎘、鉛、鉻以及類(lèi)金屬砷，還包括具有毒性的重金屬鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩等污染物[18]。它們?cè)谒w中不能被微生物降解，而只能發(fā)生各種形態(tài)相互轉(zhuǎn)化和分散、富集過(guò)程(遷移)。危害人的身體健康，重金屬毒物對(duì)人體的多個(gè)組織器官產(chǎn)生危害[22]。根據(jù)GB 3838—2002等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，對(duì)水塘水樣進(jìn)行Mn、Cu、Zn、Cd、Pb等5個(gè)項(xiàng)目指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)分析。

Mn的質(zhì)量濃度范圍在0.62～5 613 mg/L之間，平均質(zhì)量濃度為651.54 mg/L，其中石盆水村水塘Mn的質(zhì)量濃度為1 115 mg/L，卡它村水塘Mn的質(zhì)量濃度為2 850 mg/L，大石板村水塘Mn質(zhì)量濃度為3 224 mg/L，魯土白村水塘Mn質(zhì)量濃度為5 613 mg/L。魯土白村水塘Mn質(zhì)量濃度達(dá)到Ⅴ類(lèi)水限值的5 613倍，研究區(qū)內(nèi)Mn質(zhì)量濃度指標(biāo)為Ⅰ類(lèi)水塘1個(gè)，占研究區(qū)4.5%，Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)水塘21個(gè)，占95.5%。這些區(qū)域均為缺水較嚴(yán)重，Mn污染嚴(yán)重。Cu的質(zhì)量濃度范圍在0.29 ～12.6 mg/L之間，平均濃度為3.77 mg/L，其中下米者村水塘Cu濃度達(dá)到Ⅴ類(lèi)水限值的12.6倍。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，研究區(qū)內(nèi)Cu濃度指標(biāo)為Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)的6個(gè)水塘占27.3%,Ⅴ類(lèi)水塘16個(gè)占72.7%。Zn的濃度范圍介于0.005 ～892.2 mg/L之間，平均濃度為43.48 mg/L，在白姑村水塘中發(fā)現(xiàn)Zn濃度達(dá)到892.2 mg/L，Zn濃度達(dá)到Ⅴ類(lèi)水限值的446.1倍。適合生活用水的Zn重金屬指標(biāo)Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)水塘共8個(gè)，占研究區(qū)36.4%，Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)水塘12個(gè)，占63.6%。Cd不是人體的必需元素。鎘的毒性很大，可在人體內(nèi)積蓄，主要積蓄在腎臟，引起泌尿系統(tǒng)的功能變化[23]；在水塘中Cd濃度范圍介于0.001 ～0.865 mg/L之間，平均濃度為0.059 mg/L，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，在白姑村水塘中Cd濃度達(dá)到Ⅴ類(lèi)水限值的86.5倍。Cd濃度指標(biāo)為Ⅰ類(lèi)和Ⅱ類(lèi)水塘共4個(gè)，占研究區(qū)18.2%。Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)水塘18個(gè)，占81.8%。Pb會(huì)影響人體的是神經(jīng)系統(tǒng)，兒童血鉛超標(biāo)會(huì)影響智力發(fā)育等[24]。在水塘中Pb濃度范圍介于0.032 ～1.76 mg/L之間，平均濃度為0.41 mg/L，根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，在茅山洞村中的水塘中Pb濃度達(dá)到Ⅴ類(lèi)水限值的17.6倍。Pb濃度指標(biāo)為Ⅰ類(lèi)、Ⅱ類(lèi)和Ⅲ類(lèi)適合生活用水的水塘6個(gè)，占研究區(qū)的27.3%。Ⅳ類(lèi)和Ⅴ類(lèi)受污染嚴(yán)重水塘16個(gè)，占72.7%。

綜合上述分析數(shù)據(jù)結(jié)果得出，在12個(gè)污染物項(xiàng)目檢測(cè)指標(biāo)分析中，研究區(qū)內(nèi)水塘受CODMn、F-和pH三個(gè)項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)的污染不嚴(yán)重，其濃度均未有超過(guò)Ⅴ類(lèi)水限值，不影響生活用水，占檢測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)項(xiàng)的25%。研究區(qū)內(nèi)水塘受氨氮和TP兩個(gè)項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)的污染一般嚴(yán)重，超過(guò)Ⅴ類(lèi)水限值的水塘小于研究區(qū)水塘的40%，占檢測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)項(xiàng)的17%。研究區(qū)內(nèi)水塘TN、SO42-、Mn、Cu、Zn、Cd和Pb共7個(gè)項(xiàng)檢測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)污染嚴(yán)重，超過(guò)Ⅴ類(lèi)水限值的水塘所占研究區(qū)水塘比例的60%以上，占檢測(cè)項(xiàng)目指標(biāo)項(xiàng)的58%。根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，在測(cè)試樣的12項(xiàng)的檢測(cè)分析指標(biāo)中，有一個(gè)指標(biāo)達(dá)到或者超過(guò)Ⅴ類(lèi)水限值就定義該樣品為Ⅴ類(lèi)水的規(guī)定，統(tǒng)計(jì)表3中數(shù)據(jù)得出研究區(qū)22個(gè)村寨水塘均為Ⅴ類(lèi)水水塘。

4 結(jié) 論

(1)蒙自東山地區(qū)村寨水塘的氨氮和TP平均濃度達(dá)到地表水體Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)限值的1.66倍和0.68倍，污染程度一般；TN和SO42-平均濃度達(dá)到地表水體Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)限值3.37倍和16.24倍，研究區(qū)受SO42-污染嚴(yán)重。

(2)Mn、Cu、Zn、Cd和Pb平均濃度達(dá)到地表水體Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)限值的651.54倍、3.77倍、21.74倍、5.9倍和4.1倍，水塘受重金屬污染嚴(yán)重，其中在白姑村水塘Zn、Cd濃度到達(dá)Ⅴ類(lèi)水限值的446.1倍、86.5倍，受污染程度極為嚴(yán)重，應(yīng)引起當(dāng)?shù)鼐用窈驼⒁狻?/p>